Preoperative planning of surgical procedures on the hand using a bone model made from the polymer clay

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Устранение сложных деформаций костей и суставов кисти требует от хирурга тщательной подготовки. В идеале предоперационная подготовка – это имитация самой операции на модели деформированной кости. Современные аддитивные технологии позволяют получить трехмерную копию деформированной кости. Имея данные исследований компьютерной и магнитно-резонансной томографии, на 3D-принтере накануне хирургического вмешательства можно напечатать точную копию костного сегмента или всего сустава. Если модель плотная, на ней можно выполнить элементы планируемой операции — пиление, сверление, устранение смещения, пробная фиксация с помощью спиц, винтов, пластин. Ряд авторов с помощью 3D-печати готовят специальные направители для установки фиксаторов во время операции и даже индивидуальные имплантаты. К сожалению, данные технологии требуют дорогого оборудования, особого программного обеспечения, специального расходного материала. В связи с этим для многих медицинских учреждений данные технологии пока недоступны.

Нами предлагается малобюджетный способ предоперационного планирования хирургических вмешательств на кисти с использованием модели кости из полимерной глины.

Цель исследования — проанализировать эффективность предлагаемого способа планирования операций на кисти.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Описание способа

Накануне операции готовится модель деформированного сегмента кости. В качестве материала для создания модели используется полимерная глина. Хирург готовит модель («как скульптор») с учетом данных рентгенологического исследования (компьютерная томограмма в идеале). При этом старается соблюдать пропорции, масштаб и степень деформации кости. Если используется глина, требующая для отвердевания термической обработки, то готовая модель помещается в пластиковую посуду и заливается водой. Контейнер с водой ставится в микроволновую печь. Если модель небольшая (фаланга пальца, пястная кость), то продолжительность «варки» может составить 5–7 мин. Охлажденная модель может использоваться для имитации ортопедической операции.

Данный метод применяли при лечении 7 пациентов с различными деформациями костей кисти (неправильно сросшиеся переломы фаланг пальцев кисти и пястных костей — 4 пациента, клинодактилия — 3 пациента). Возраст пациентов варьировал в пределах от 14 лет до 36 лет. Во всех случаях модели костей были изготовлены из полимерной глины, требующей для отвердевания термической обработки. На готовой модели с помощью соответствующих инструментов выполняли устранение «деформации» и фиксацию «отломков» в новом положении лейкопластырем, спицами либо ранее использовавшимися мини-фиксаторами.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Предварительная имитация реконструктивных операций на моделях костей из полимерной глины помогли подготовиться к реальным хирургическим вмешательствам. Во всех случаях операции были выполнены в соответствии с предварительным планом. Деформации фаланг и пястных костей были устранены во всех случаях. Костное сращение достигнуто в правильном положении.

Клинический пример

Пациентка К., 14 лет, обратилась с жалобами на наличие деформации 4-го пальца левой кисти. За 4 мес. до обращения получила внутрисуставной перелом основной фаланги. Проводилось консервативное лечение с помощью гипсовой шины. Перелом сросся со смещением и значительной деформацией (рис. 1, a, b). Для предоперационного планирования и имитации операции была приготовлена модель кости из полимерной глины с учетом величины фаланги и степени деформации. Модель кости погружали в пластиковый контейнер c водой, который помещали в микроволновую печь. После «варки» в микроволновой печи (Samsung) в течение 5 мин в максимальном режиме модель приобрела прочность, аналогичную реальной кости. С помощью маятниковой мини-пилы выполнена косая остеотомия суставной части искусственной фаланги. Устранено смещение мыщелка фаланги (угловое и по длине). В образовавшийся клиновидный дефект установлен искусственный «трансплантат» из полимерной глины другого цвета. После устранения деформации произведена провизорная фиксация с помощью прозрачного лейкопластыря (рис. 1, с–е).

 

Рис. 1. Пациентка К, 14 лет. a–b — фото и рентгенограмма кисти до лечения; c–e — модель деформированной основной фаланги, изготовленная из полимерной глины до и после пробной «операции»; f — рентгенограмма кисти после операции; g–j — фото и рентгенограммы кисти через 6 мес. после удаления фиксаторов

Fig. 1. Patient K., 14 y. o.: a–b — photo and X-ray of patient’s hand before treatment; c–e — the model of the deformed proximal phalanx, made from polymer clay before and after the trial «operation»; f — X-ray of the hand after surgery; g–j — photo and X-ray of the hand 6 months after fixator’s removal

 

Данная техника была применена при выполнении хирургического вмешательства. Анестезия общая. Тыльный доступ Chamay. Из тыльного сухожильного растяжения на уровне проксимального межфалангового сустава (ПМФС) 4-го пальца выкроен треугольный лоскут на дистальном основании, который отвернут дистально. Это позволило хорошо визуализировать деформированную суставную поверхность основной фаланги. С помощью маятниковой пилы выполнена косая остеотомия мыщелка основной фаланги (как и предварительно на пластиковой модели). Устранена деформация, в новом положении остеотомированный фрагмент фиксирован двумя спицами диаметром 1 мм. Образовавшийся дефект кости заполнен аутотрансплантатом, взятым из дистального метафиза лучевой кости на одноименной стороне в соответствии с размером и формой дефекта кости. Место остеотомии и костный графт дополнительно фиксированы минивинтом 1,5 мм (рис. 1, f). Иммобилизация гипсовой шиной в течение 4 нед. с осторожной гимнастикой во время перевязок. Рана зажила первичным натяжением. В последующем пациентка получала сеансы лечебной физкультуры и массажа. Фиксаторы удалены через 8 мес. после операции. Пациентка осмотрена через 6 мес. после удаления фиксаторов. Болей нет. Деформация устранена. Объем движений полный (рис. 1, g–j).

ОБСУЖДЕНИЕ

В начале 30-х годов прошлого столетия в Германии Фифи Ребиндер самостоятельно разработала и выпустила глину, которую назвала Фифи Мозаик. Данная глина изначально предназначалась для изготовления голов кукол. В 1964 г. Ребиндер продала формулу этой глины Эберхарду Фаберу (Eberhard Faber), который превратил ее во всемирно известную в настоящее время марку ФИМО (Fimo) [1]. Все полимерные глины содержат основу из поливинилхлорида (ПВХ) и один или несколько видов жидких пластификаторов, благодаря которым после термической обработки изделия из глины становятся твердыми. Запекать изделия из глины рекомендуется в духовом шкафу при температуре 100–130 °С. Некоторые дизайнеры считают возможным «варить» небольшие по размерам изделия в микроволновой печи [2]. Для этого в пластиковую посуду с водой помещается модель и «варится» в течение нескольких минут.

Полимерная глина широко используется в декоративно-прикладном искусстве. Применяется для изготовления сувениров, украшений, бижутерии, предметов интерьера, игрушек. Пластик нашел применение в биологии и медицине. Из полимерной глины изготавливаются учебные пособия для изучения анатомии — муляжи головного мозга, внутренних органов, костей и суставов [3]. В доступной литературе мы не нашли информации об использовании полимерной глины для предоперационного планирования ортопедических операций.

Переломы мыщелков основной фаланги пальцев кисти часто бывают нестабильными и требуют оперативного лечения [4]. Консервативное лечение таких переломов нередко осложняется вторичным смещением, что ведет к формированию угловой деформации и контрактурам. Устранение такой деформации является непростой операцией — необходимы оптическое увеличение, силовая машина для работы на мелких костях, деликатные инструменты, фиксаторы и предоперационное планирование. Модели кости из полимерной глины помогли подготовится к операции. Мы опробовали несколько способов корригирующей остеотомии на изготовленных моделях. Из возможных вариантов остеотомии выбрали косую. Такую остеотомию оказалось выполнить удобнее, учитывая небольшие размеры фаланги пальца девочки-подростка. Размеры костного фрагмента были достаточными для проведения спиц и винта.

Предлагаемый способ предоперационного планирования обладает рядом достоинств.

1. Полимерная глина доступна и стоит недорого. 50 г материала стоят 70 руб. Этого объема достаточно для изготовления целого луча кисти — пястной кости и трех фаланг пальцев.
2. Процесс изготовления сегмента кости занимает несколько минут. Дополнительно потребуется 5–10 мин для термической обработки.
3. Не требуется дорогое оборудование, программное обеспечение, расходный материал.
4. Точность копии деформированной кости, безусловно, уступает модели, полученной при 3D-печати. Однако при изготовлении малых по размеру моделей кости возможные небольшие искажения не являются критичными.
5. Плотность модели соответствует плотности кости, что позволяет имитировать хирургическое вмешательство с использованием рутинных инструментов и фиксаторов, предназначенных для работы на костях. Это важно для молодых хирургов, не имеющих достаточных мануальных навыков.
6. Полимерная глина рентген-контрастна. Это свойство является полезным — хирург может задокументировать результат своей работы на «искусственной» кости (рис. 2, a, b).

 

Рис. 2. Модели костей кисти из полимерной глины (а); рентгенограмма моделей костей кисти (b)

Fig. 2. a — photo of bones models, made from polymer clay; b — X-ray of bone models

 

ВЫВОДЫ

Предлагаемый способ предоперационного планирования помогает хирургу подготовиться и корректно выполнить задуманную операцию. Модели кости, изготовленные из полимерной глины, могут использоваться в образовательных целях при обучении студентов на занятиях по общей хирургии, травматологии и ортопедии. Модели кости, изготовленные из полимерной глины, могут использоваться в исследовательских целях — апробация инструментов, фиксаторов, отработка технических приемов.

About the authors

Alexander S. Zolotov

Medical Center, Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: dalexpk@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0045-9319

MD, PhD, Head of Orthopedic Surgery Department, Medical Center; Professor at School of Biomedicine 

Russian Federation, Vladivostok

Julia A. Dyachkova

Medical Center, Far Eastern Federal University

Email: diachkova.iua@dvfu.ru

MD, PhD, orthopedic surgeon at Orthopedic Surgery Department, Medical Center

Russian Federation, Vladivostok

Ilya S. Sidorenko

Medical Center, Far Eastern Federal University

Email: sidorenko.is@dvfu.ru

MD, orthopedic surgeon at Orthopedic Surgery Department

Russian Federation, Vladivostok

References

Supplementary files